Glyoxylatzyklus und Gluconeogenese in Pflanzen
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Der Glyoxylatzyklus und die Gluconeogenese in Pflanzen
Der Glyoxylatzyklus ist ein speziell modifizierter Citratzyklus, der primär in Pflanzen während der Keimung fettreicher Samen von Bedeutung ist. Dieser Zyklus ermöglicht die Umwandlung von Fettsäuren in Kohlenhydrate, was für das Wachstum der jungen Pflanze entscheidend ist. Hier erklären wir detailliert, wie dieser Prozess abläuft und warum er so wichtig für die Energieversorgung der Keimlinge ist.
Der Start des Zyklus: Conversion von Acetyl-CoA und Oxalacetat zu Citrat
Im ersten Schritt des Glyoxylatzyklus kondensieren Acetyl-CoA und Oxalacetat zu Citrat. Dies geschieht durch das Enzym Citratsynthase. Diese Reaktion ist ähnlich dem, was im Citratzyklus stattfindet und bildet die Grundlage für die weiteren spezifischen Schritte des Glyoxylatzyklus.
Schlüsselschritt: Die Spaltung von Isocitrat durch Isocitrat-Lyase
Das gebildete Citrat wird dann zu Isocitrat umgesetzt, was durch das Enzym Aconitase katalysiert wird. Der entscheidende Schritt folgt jedoch anschließend: Isocitrat wird durch das Enzym Isocitrat-Lyase in Succinat und Glyoxylat gespalten.
Die Isocitrat-Lyase ist ein Schlüsselenzym im Glyoxylatzyklus, das Isocitrat in Succinat und Glyoxylat aufspaltet und somit eine Decarboxylierung umgeht. Dieser Schritt ist spezifisch für den Glyoxylatzyklus und tritt im Citratzyklus nicht auf.
Bildung von Malat und dessen Umwandlung zu Oxalacetat
Im nächsten Schritt kondensiert das entstandene Glyoxylat mit einem weiteren Acetyl-CoA zu Malat, eine Reaktion, die durch Malatsynthase katalysiert wird. Der gebildete Malat wird dann durch Malatdehydrogenase zu Oxalacetat oxidiert, wodurch wiederum der Kreislauf zur Synthese weiterer Citratmoleküle oder zur Einspeisung in die Gluconeogenese geschlossen wird.
Einbindung in die Gluconeogenese
Das Oxalacetat, das im Glyoxylatzyklus produziert wird, spielt eine zentrale Rolle, indem es direkt in den Prozess der Gluconeogenese einfließt. Dort wird es u.a. genutzt, um über mehrere Schritte Glukose zu synthetisieren, die dann von der keimenden Pflanze als Energiequelle genutzt wird.
Evolutionäre und biologische Bedeutung
Die Fähigkeit, durch Speicherfette gespeicherte Energie während der Keimung effizient in schnell verwertbare Kohlenhydrate umzuwandeln, ist ein evolutionärer Vorteil für Pflanzen mit fettreichen Samen. Diese biochemischen Wege ermöglichen es Keimlingen, in einer Nährstoffarmen Umgebung zu überleben, bis sie fähig sind, durch Photosynthese selbst Nahrung zu erzeugen.
Wichtige enzymatische Lokalisation: Glyoxysomen
Im Zusammenhang mit dem Glyoxylatzyklus sollten wir auch Glyoxysomen erwähnen:
Viele Schlüsselenzyme des Glyoxylatzyklus, darunter Isocitratlyase und Malatsynthase, sind in spezialisierten Organellen, den Glyoxysomen, lokalisiert. Diese dienen insbesondere der effizienten Durchführung des Glyoxylatzyklus.
Das IMPP fragt besonders gerne nach den spezifischen Enzymen und deren Lokalisation sowie Unterscheidungen zwischen dem Citratzyklus und Glyoxylatzyklus. Verständnis dieser Schlüsselunterschiede kann entscheidend sein.um in Prüfungen erfolgreich zu sein.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Der Glyoxylatzyklus im Überblick. Grafik: Yikrazuul, Glyoxylatzyklus allgemein, CC BY-SA 3.0↩︎
